2021年08月24日 | 电路噪声干扰测试中数字滤波功能的应用

2021-08-24 来源：eefocus

噪声在硬件电路中无处不在，会对电路性能以及波形的测量造成不同程度的影响。对信号分析而言，噪声信号影响甚至淹没了实际信号，导致在示波器上无法准确观察和测量，因此，去伪存真，剔除掉噪声信号，准确地显示真实有用信号波形变得非常关键。

下图是我们在测量某个正弦小信号时，实际信号夹杂着很多噪声干扰，造成波形不能有效触发，无法准确观察和测量：

减少波形噪声

普通的数字示波器减少波形中的噪声的方式有很多，主要使用的有以下三种：

1、带宽限制：

大多数示波器都有限制示波器带宽的电路。限制带宽后，将使高于限制频率的信号从硬件上进行衰减，因此使用带宽限制是降低示波器的波形噪声的最简单的方法之一。但是需要注意的是，带宽限制一般只标配20MHz这一个选项，而很多噪声可能会低于20MHz。另外，由于模拟滤波器是由元器件组成，在通带平坦度、阻带衰减和过渡带的幅频特性都会比较差。

对于本文的正弦小信号，打开带宽限制，滤波效果并没有很大的改善，因为很多噪声是低于20MHz。

2、平均捕获模式：

这种方法是改变示波器的采样模式，在该模式下，示波器对多次采样的波形进行平均处理，处理后再进行显示，这样可以减少输入信号上的随机噪声并提高垂直分辨率。平均次数的值可以设置，平均次数越高，噪声越小，但波形显示对波形变化的响应也越慢。需要注意的是，平均捕获功能，针对的是周期性重复和能正常触发的信号，它是对所有通道的捕获模式进行修改。因此，对于非周期性、不能稳定触发的信号，不适合使用平均模式。

对于本文的正弦小信号，选择平均模式，平均次数设为512次，滤波效果不明显.

3、高分辨率捕获模式：

这种方法也是改变示波器的采样模式，示波器使用最高的采样率进行采样，对采样到的一帧数据，将多个采样点平均处理成一个采样点，相当于一种简单的低通滤波，从而达到减少噪声的效果。

对于本文的正弦小信号，选择高分辨率模式，滤波效果同样不明显，如下图所示：

为什么需要数字滤波

从以上三种的描述中，我们可以发现，这三种都可以达到一种简单地减少噪声的效果，但是，效果不是很明确，不能很精确地对某些范围的噪声进行处理，而且设置比较单一，很难有效地减少噪声。

相比硬件的滤波器，数字滤波器在性能和成本方面都有很大的优势，通过较少的计算量，可以使通带内具有很好的平坦度、阻带内有足够的衰减和足够小的阻带纹波，以及陡降的过渡带。如下图所示，是ZDS2024数字滤波器在设置归一化截止频率为0.08的低通巴特沃斯滤波器的幅频响应曲线：

对于本文的正弦小信号，使用数字滤波功能，将会使噪声大大减少。我们通过FFT得知，纹波的基波频率为350Hz，存在各种各样的高频谐波和噪声干扰，因此我们选择低通滤波功能，将截止频率设为1KHz，以保证有效的信号频率不被衰减，同时，可以移动滤波的波形显示位置，将滤波后的波形与原始波形进行对比，另外也可以设置是否显示原始通道波形，效果如下图所示：

对于数字滤波后的波形，可以使用自动测量功能，对滤波后的波形的电压、时间、计数等测量项进行测量。

因此，ZDS2024新增的数字滤波功能，用户设置方式灵活多样，滤波效果实用高效，在电源信号分析和噪声过滤分析中有很大的用途。

电路噪声干扰测试数字滤波功能

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